河口海岸沉积层理特征与形成机制

河口海岸地处海陆交界带,其沉积层理特征与形成机制是沉积动力学、动力地貌学和地层学等学科方向的研究热点,对评价海岸工程环境效应、重建沉积古环境等具有重要参考价值。通过梳理河口海岸区域径流、潮汐、波浪等多种动力因子作用的研究成果,归纳不同动力主导作用形成的沉积层理特征,剖析3种基本动力对沉积层理塑造的动力学机制,阐释洪水、风暴偶发动力因子以及生物扰动、海平面变化、围垦工程等其他影响因子对沉积层理形成和保存的作用机理。同时,总结了数值模拟手段在沉积层理形成和破坏机制解译方面的应用及取得的机理认知,提出在河口海岸沉积层理时空尺度认知、多因素耦合反演模型开发应用等方面有待进一步研究的科学问题。

马来西亚东部典型泥炭地河流和河口溶解态锰的地球化学特征与影响因素

本文利用催化动力学分光光度法测定了2016年8月(旱季)马来西亚东部泥炭地河流拉让(Rajang)河及河口溶解态锰(DMn)的浓度和2017年3月(雨季)Rajang、马鲁丹(Maludam)、实文然(Simunjan)、实巫友(Sebuyau)、Samunsam和土马丹(Sematan)河及河口DMn的浓度。Rajang河流域旱、雨季DMn浓度分别为(300.3±305.3) nmol·L^(-1)、(424.3±290.3) nmol·L^(-1),无显著性差异(t-检验,P>0.05)。雨季Rajang河DMn浓度与Maludam、Simunjan、Sebuyau、Samunsam和Sematan河之间无显著性差异,说明马来西亚东部砂拉越(Sarawak)州泥炭地河流DMn空间差异不显著。河口DMn在旱、雨季表现出不同的混合行为,旱季Rajang河口DMn表现为非保守混合行为,在盐度0~20区间存在明显的外源输入,而雨季则表现为保守混合行为。Talang岛周围海域DMn浓度为(51.3±3.9) nmol·L^(-1),高于海南岛和越南东部邻近海域DMn浓度。水团的物理混合、悬浮颗粒物的吸附解吸是影响马来西亚Ssrawak州六条泥炭地河流及河口DMn的主要因素。由于马来西亚泥炭地有机物浓度较高,泥炭地河流中的DMn浓度高于其他气候带河流。Rajang河输送至南海的DMn通量为3.3×10^(6) kg·a^(-1),泥炭地河流对南海DMn浓度具有重要影响。

全球海岸带国家蓝碳资源价值与类型研究

海岸带蓝碳生态系统已成为应对气候变化重要的基于自然的解决方案。本研究梳理了全球海岸带蓝碳生态系统的分布、碳封存量和封存价值,并根据经济、科技、蓝碳封存量三个指标对各海岸带国家和地区进行分类。海岸带蓝碳生态系统分布最广的国家是澳大利亚、印度尼西亚、墨西哥和美国,而印度尼西亚、澳大利亚、马来西亚和巴西碳埋藏量最高。全球每年蓝碳埋藏价值在碳交易和碳税价格下分别为3.47×109美元和2.35×109美元。中国拥有丰富的海岸带蓝碳资源,生态系统面积排名第10,年封存量排名第21;然而蓝碳自然资源的赋存禀赋与现有碳价格体系下的价值匹配性较差,基于碳交易价格的中国海岸带蓝碳埋藏价值全球排名第27,基于碳税价格仅排名第39。碳价格低迷将会导致在国际蓝碳交易中处于劣势,中国后续应不断完善碳排放交易市场。中国具有在蓝碳研究以及修复投入与实践方面的优势,以及贝藻养殖、海洋牧场等特色蓝碳资源,可结合不同类型的蓝碳国家经济科技条件与自然条件制定多元合作策略。

河口海岸数字孪生建设与挑战(特邀)

河口海岸是人类生存的重要空间和经济发展的关键区域。然而,在气候变化和人类活动的双重压力下,河口海岸面临环境恶化、湿地生态受损和灾害风险增加等多重问题。为保障河口海岸可持续发展,本文以数字孪生概念为基础,结合河口海岸多圈层多界面的系统特征,提出了一个综合河口海岸立体监测和数据聚融、多过程耦合模型系统、数字孪生体和智能服务平台等关键要素的河口海岸数字孪生系统。此外,本文还详细介绍了构建河口海岸数字孪生系统所需的核心技术,涵盖监测物联网、模型耦合、大数据管理和智能分析,以及知识图谱等。尽管面临多学科全要素综合监测、人地海耦合模拟、跨领域跨行业协同、信息安全保障和服务标准制定等多重挑战,河口海岸数字孪生具有逼近真实、系统关联和提供智能服务等特点,能够提供监测、预报、预警、预演和预案等智能服务。这将有助于提高我们对河口海岸复杂系统演变、预测和应对的研究和应用能力,推动河口海岸学科群的发展,提升风险管理和综合治理水平,为河口海岸可持续发展提供强有力的支持。

微塑料在河口海岸环境的检测、分布、归趋以及生物和环境效应

微塑料污染已成为全球性的环境问题.综合分析微塑料的分布归趋以及效应是保障环境和生态健康的关键.本文对微塑料在河口海岸环境中的分布特点、环境归趋、载体效应、海洋生物的摄入以及毒性效应等内容进行综述.地表径流及洋流作用显著影响微塑料在河口海岸及海洋中的赋存;微塑料表面形成的生物膜会影响其环境归趋和生物效应;海水中的微塑料可作为载体富集污染物和入侵物种,带来外来物种入侵等新的环境问题;海洋生物对微塑料的摄入会引起其体内微塑料积累,改变其肠道微生物的活性和群落结构,并改变生物行为;微塑料暴露会对海洋生物产生多种毒性效应:如肝脏毒性、神经毒性以及生殖毒性等.本综述可为河口区域微塑料污染的安全评估提供参考,对河口区域水环境安全也有科学价值.

结合SAM视觉分割模型与随机森林机器学习的无人机影像盐沼植被“精灵圈”提取

“精灵圈”是海岸带盐沼植被生态系统中的一种“空间自组织”结构,对盐沼湿地的生产力、稳定性和恢复力有重要影响。无人机影像是实现“精灵圈”空间位置高精度识别及解译其时空演化趋势与规律的重要数据源,但“精灵圈”像素与背景像素在色彩信息和外形特征上差异较小,如何从二维影像中智能精准地识别“精灵圈”像素并对识别的单个像素形成个体“精灵圈”是目前的技术难点。本文提出了一种结合分割万物模型(Segment Anything Model,SAM)视觉分割模型与随机森林机器学习的无人机影像“精灵圈”分割及分类方法,实现了单个“精灵圈”的识别和提取。首先,通过构建索伦森-骰子系数(S?rensen-Dice coefficient,Dice)和交并比(Intersection over Union,IOU)评价指标,从SAM中筛选预训练模型并对其参数进行优化,实现全自动影像分割,得到无属性信息的分割掩码/分割类;然后,利用红、绿、蓝(RGB)三通道信息及空间二维坐标将分割掩码与原图像进行信息匹配,构造分割掩码的特征指标,并根据袋外数据(Out of Bag,OOB)误差减小及特征分布规律对特征进行分析和筛选;最后,利用筛选的特征对随机森林模型进行训练,实现“精灵圈”植被、普通植被和光滩的自动识别与分类。实验结果表明:本文方法“精灵圈”平均正确提取率96.1%,平均错误提取率为9.5%,为精准刻画“精灵圈”时空格局及海岸带无人机遥感图像处理提供了方法和技术支撑。

水体微塑料的垂向分布及采样方法比较研究——以九龙江河口为例

由于受到潮汐过程的影响,河口区微塑料的调查和研究存在着方法不统一、数据误差较大的问题.2019年夏季使用泵采法在九龙江河口开展原位全水层微塑料采样,对不同水层、不同站位间的微塑料丰度及其赋存特征进行分析,并与其他在该河口的相关调查研究结果进行对比.结果表明:九龙江河口表、中、底层水体中的微塑料赋存量存在明显差异,河流入海口及靠近污染源处表层水中微塑料丰度明显高于中、底层中,在潮汐作用剧烈的河口区,中、底层中微塑料丰度高于表层水中,存在明显分层现象;使用不同采样方法获取的微塑料数量浓度值存在较大差异,泵采法相比拖网法能更有效地截留塑料纤维;使用泵采法过滤水样体积、滤经筛网孔径大小都对收集到的微塑料丰度、尺寸有显著影响.采样方法的不同将导致微塑料丰度结果的显著差异,在潮汐河口进行微塑料监测有必要将潮汐作用考虑在内.因此,建议建立潮汐河口的微塑料业务化监测和通量观测,并采用洪、枯季,大、小潮的全潮时段的观测采样方法.

长江河口水体暗碳固定的温度适应性

为了明确全球增温如何影响富营养化河口中基于碳氮耦合过程产生的暗碳固定,以长江河口作为典型研究区域,分别在河口近岸和近海不同盐度区域设置采样断面,利用14C(NaH14CO3)标记方法结合烯丙基硫脲(allylthiourea,ATU)抑制剂法,对不同温度和氮营养盐添加条件下的水体总暗碳固定(dark carbon fixation,DCF)和由氨氧化微生物驱动的暗碳固定(DCFAOB)速率进行了研究.结果表明,长江河口水体中的DCF速率介于0.23~0.33µmolC·L^(-1)·d^(-1)之间,其中氨氧化微生物驱动的暗碳固定约占总暗碳固定的4.13%~43.61%.在最适温度范围内,水体中的DCF速率随着环境温度的增加而显著上升,但整体上低盐度条件下DCF速率受环境温度的影响更明显.此外,低盐度和高盐度水体的DCF速率最大值分别出现在30℃和25℃,在该温度条件下添加氨氮可明显促进水体DCF速率的增加.研究结果揭示了河口水体暗碳固定对环境温度变化的响应过程,能够为全面认识和科学评估河口生态系统碳固定与碳汇通量提供理论支持与数据参考.

全新世长江河口铁结合沉积有机碳的埋藏及其影响因素的研究

探究海洋沉积物中有机碳的来源、埋藏通量及其稳定机制对于理解全球碳循环具有重要的意义。河口连结陆地和海洋两大碳库,是全球碳循环的关键地带。前人研究发现活性铁(FeR)在沉积有机碳的保存中扮演着重要角色。尽管长江口及其邻近东海区域的碳循环已经被广泛研究,但关于FeR在地质时间尺度上如何影响沉积有机碳的埋藏过程尚不清楚。文章对长江口横沙岛采集的一根40 m长的沉积柱样(HSD22)进行了分析,探讨了在全新世长江口沉积环境发生明显变化的三个阶段(潮滩相、河口湾-浅海相、三角洲相)期间总有机碳(TOC)和铁结合有机碳(FeR-OC)含量及其稳定碳同位素(δ13C)的变化及其影响因素。研究结果显示,在潮滩相、河口湾-浅海相和三角洲相,FeR-OC含量分别为0.04%±0.02%、0.08%±0.04%和0.09%±0.06%,占TOC的比例分别为6.73%、12.73%和12.06%。这一研究表明,在全新世期间,长江河口区约有11.72%±6.03%的沉积有机碳是通过与铁结合来保存埋藏的,凸显了FeR在河口湿地有机碳保存机制中的重要性。基于δ13C端元混合模型估算发现FeROC以陆源有机碳为主,但在不同的沉积相间波动明显。这些发现强调了河口湿地FeR矿物在有机碳保护过程中受到有机碳来源和埋藏条件的影响。

中国四个河口潮间带甲藻孢囊多样性研究

2014—2016年,为调查研究中国大辽河、涧河、闽江与九龙江河口潮间带表层沉积物中甲藻孢囊多样性,开展了4个季度表层沉积物样品采集,通过多钨酸钠法提取甲藻孢囊后进行鉴定,共鉴定出43种(隶属16属)和5种未定种,包括自养型17种和异养型26种。其中孟迪原多甲藻(Protoperidinium mendiolae),脆弱海胆藻(Echinidinium delicatum)和透明海胆藻(E.transparantum)为我国沿海未报道的新记录种类。调查中发现了一种产麻痹性贝毒的塔玛亚历山大藻复合体(Alexandrium tamarense com-plex),以及3种产虾夷扇贝毒素的甲藻孢囊,分别为网纹原角藻(Protoceratium reticulatum),多边舌甲藻(Lingulodinium polyedrum)和具刺膝沟藻(Gonyaulax spinifera)。甲藻孢囊丰度在4个河口的分布具有明显差异。大辽河口孢囊丰度最高,变化范围为47~94 cysts/g DW(干质量);其次为涧河口,孢囊丰度变化范围为24~75 cysts/g DW;闽江口与九龙江口孢囊丰度相对较低,变化范围分别为14~50 cysts/g DW与5~50 cysts/g DW。与沉积物环境因素的相关性分析表明,自养型孢囊丰度和孢囊总丰度均与河口盐度、间隙水总溶解态氮营养盐浓度、溶解无机氮浓度、氨氮浓度呈显著正相关关系;多样性指数与盐度、沉积物粒度(<63μm)呈显著正相关关系。该研究对于了解我国河口潮间带甲藻孢囊多样性以及形成机制具有重要参考价值。

长江流域梯级水库夏末秋初蓄水对河口盐水入侵和淡水资源的影响

流域大型梯级水库群,夏末秋初蓄水,来年枯季放水,季节性改变了入海径流量,会影响河口盐水入侵和淡水资源利用.收集了长江流域大型梯级水库有效库容和南水北调工程跨流域调水的量值,利用改进的河口海岸三维数值模式ECOM-si,模拟和分析了长江流域重大工程对河口盐水入侵和淡水资源的影响.截至2020年和2035年,长江流域中上游已建和将建大型水库有效库容分别为706.11和943.88亿m^(3),蓄水期9、10月间平均径流量分别减少13398和17909 m^(3)/s.基于大通实测水文站1950—2020年实测月平均径流量,考虑截至2020年和2035年流域重大工程对径流量的调节,给出了平均水文年和特枯水文年8—10月的月平均径流量.数值模拟结果表明,截至2020年和2035年流域梯级水库9—10月蓄水,径流量下降,导致盐水入侵加剧.在平均水文年,南支水源地4个水库9—10月所有时间均能取到淡水.在特枯水文年,9—10月东风西沙、太仓、陈行和青草沙水库取水口连续不宜取水天数截至2020年分别为28.75、24.99、29.63和37.47 d,到2035年分别为46.53、44.18、47.56和50.75 d.夏末秋初特枯和平均水文年情况下流域水库蓄水期间遇到强北风作用,均会显著影响长江口水源地取水.对于特枯水文年,流域水库群应减少蓄水量,甚至应该放水,以保障长江口淡水资源的安全.

基于机器学习的长江口表层水体溶解有机碳遥感反演研究

溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)是海洋中最大的活跃有机碳库.精确刻画大河河口及其近海水体表层DOC浓度的时空分布,有助于更好地理解河流输送的有机碳在河口近海经历的生物地化过程及在该区域的归宿.本研究采用机器学习方法,通过反演水体溶解态有机碳库中的有色溶解有机物(colored dissolved organic matter,CDOM)的吸收光谱信息,并基于其与水体DOC浓度的相关关系,发展了基于地球静止轨道水色成像仪(geostationary ocean color imager,GOCI)的DOC遥感反演模型.结果表明,Nu支持向量回归(nu-supporting vector regression,NuSVR)方法可准确反演CDOM光谱吸收特性(如验证集CDOM在300 nm处的吸收系数aCDOM(300)和275~295 nm处的光谱斜率S275–295的平均绝对误差(mean absolute percent differences,MAPD)分别为32%和8.6%).分别基于该区域表层水体CDOM光谱吸收特性与DOC浓度之间表现的3种不同的相关关系进行DOC算法构建,结果表明,基于aCDOM(300)与DOC浓度之间的线性相关,并考虑这一相关关系的季节性差异所构建的DOC反演算法可较为准确地反演水体DOC浓度,DOC反演现场数据验证集和卫星验证集的MAPD分别为11%和14%.将构建的DOC算法模型应用到GOCI卫星图像上,结果显示,受长江径流影响,季节尺度上,长江口夏季水体表层DOC浓度显著高于冬季;而受潮汐、风场等因素的影响,小时尺度上河口近岸海域DOC分布呈现逐时高动态变化.本研究利用卫星遥感反演河口近海水体DOC浓度,为进一步在不同时间尺度上研究该区域水体DOC动态变化及驱动因素提供了有效手段.

《20世纪40年代以来中国大陆海岸线演变特征》书评

海岸带是世界人口分布的密集区,社会经济发展的引擎区,其可持续发展关系到人类社会的生存质量。在地球系统中,海岸带是多圈层相互作用最为复杂的区域,具有鲜明的学科交叉属性,人文与自然科学的碰撞、融通,是海岸带研究者与管理者的共识。海岸带资源的可持续性是世界各国面临的挑战。为促进自然科学在人文管理中的应用,提高民众与管理者协作共赢的海岸带发展与保护意识,国内外学者先后发起“陆海相互作用”(LOICZ)、“未来地球海岸”(FEC)、“融通科学、管理和社会参与:助力海岸带可持续发展(Coastal-SOS)”等国际大科学计划。

中国景观生态学发展历程与未来研究重点

景观生态学从其诞生到现在,已经历了70余年。中国景观生态学的发展从其引入,到发展、壮大、逐渐成熟,也经历了30余年。在这个发展过程中,中国景观生态学在跟踪国际前沿研究基础上,结合中国实际情况开展了大量研究,在许多研究领域取得了重要进展。简述了国际景观生态学会成立与发展过程,通过系统综述中国景观生态学文献,重点分析了中国景观生态学的发展历程;根据中国景观生态学研究特点,将中国景观生态学发展划分为五个阶段:摸索与酝酿阶段(20世纪80年代以前)、吸收与消化阶段(1980—1988年)、实践与迅速发展阶段(1989—2000)、发展与思索阶段(2001—2010)、思考与创新阶段(2011—?)。在此基础上,重点从土地利用格局与生态过程及尺度效应、城市生态用地与景观安全格局构建、景观生态规划与自然保护区网络优化、森林景观动态模拟与生态系统管理、绿洲景观演变与生态水文过程、景观破碎化与遗传多样性保护、多水塘系统与湿地景观格局设计、稻-鸭/鱼农田景观与生态系统健康、梯田文化景观与多功能维持、源汇景观格局分析与水土流失危险评价等方面系统分析了中国景观生态学研究的特点。最后从学科发展与理论研究、重点研究地区和应用实践三个方面分析了中国景观生态学未来发展的重点方向。

河口悬沙粒径对遥感反射率影响的理论分析与实验观测

为了尽可能减少野外测量的不确定性可能带来的影响,研究设计了一个基于实验水桶稳定观测平台及可控制条件下的光谱辐射测量实验.采用典型高浊度河口—长江口和黄河口的泥沙颗粒物作为研究对象,理论分析了悬浮物粒径与后向散射系数、遥感反射率的定量关系,实验观测了悬浮颗粒物粒径对遥感反射率的响应变化.实验结果可为河口二类水遥感建模及粒径在遥感模型中的参数化表达提供参考依据.

大河口区淤涨型自然保护区功能区划研究--以崇明东滩鸟类国家级自然保护区为例

为了对动态场景下自然保护区的功能区划进行研究,集成多年的遥感、海图及野外调查数据,构建生境地理空间数据库,在遥感和GIS技术的支持下,建立了大河口区淤涨型自然保护区的功能区划框架,并给出了区划方法的一个基于离散数学的表述。在此基础上,利用eCogn ition面向对象的遥感影像处理技术和空间模糊评价模型,研究了崇明东滩鸟类国家级自然保护区的功能区划。结果表明:①核心区、缓冲区1、缓冲区2和过渡区4个功能区分别占东滩保护区总面积的18.0%、13.2%、18.4%、50.4%。在空间布局和生态学意义上,都比原有功能区划更为合理;②遥感及其派生数据的介入,在宏观尺度和长时间尺度上拓展了人们对保护区生态环境的理解,不仅降低了传统数据采集工作的强度,也增强了区划结果的时效性和科学性;③现代GIS技术与传统数学方法的融合可以更好地服务于保护区规划。区划结果可以为动态场景下的保护区规划管理提供科学依据。

现代黄河三角洲河口段海岸线演变特征

运用遥感和地理信息系统相结合的方法研究了黄河三角洲河口段1976—2008年海岸线变迁及岸滩淤蚀面积的变化,通过对不同时相遥感影像数据的解译,提取一般高潮线,在GIS支持下进行了分析计算,获得了海岸线时空变化数据。结果表明:黄河三角洲河口段1976—1987年造陆面积最大,平均每年增加21.65 km2,清8出汊后1996—2008年造陆面积为负值,陆地面积共减少22.36 km2。

河口海岸GIS时空过程可视化表达

河口海岸带中一些随时间变化的三维海洋现象(如涡漩、锋面、水团等)的时空建模与可视化表达是海洋地理信息系统(MGIS)发展的一大难题。基于流体建模与可视化AVIZO Green技术,针对海洋连续场中的三维海洋现象,提出了基于特征的时空三域动态识别技术,设计并实现了面向主题应用的时空四维GIS可视化框架,能够有效表达三维海洋现象。以长江口海岸带涡漩、冲淡水、羽状锋和盐跃层为例进行三维动态可视模拟,直观再现了object-like型和field-like型海洋现象的时空演绎过程,为海洋现象仿真研究,尤其是多维、动态、边界模糊的复杂海洋现象的有效表达提供了一种新思路和方法。

河口海岸侵蚀研究进展

从岸滩侵蚀的过程和机理、侵蚀模式-模型、侵蚀管理和保护对策等三个方面介绍了国内外近10多年来河口海岸侵蚀研究的进展,并以典型事例分析了我国日益严峻的河口海岸侵蚀状况.在此基础上提出了深入开展我国河口海岸侵蚀研究的四点建议:加强对人为因素引起的侵蚀的研究;把岸与滩和岸与槽的侵蚀结合起来研究;高度重视三个大三角洲岸滩侵蚀研究;加强现场观测.

越南红河流域沉积物的镜下碳屑分析实验室处理方法对比研究

本文设计4个不同的实验方法,以越南红河流域原始森林区、河漫滩区和水下三角洲区3个不同沉积环境下的9个样品为实验对象,对镜下碳屑不同的实验室处理方法进行对比研究,实验发现样品用六偏磷酸钠分散法(方法A)和盐酸分散法(方法B)处理后,镜下碳屑形态不易分辨,杂质多,而用氢氟酸处理法(方法C)和附加醋酸酐混合液处理法(方法D),镜下碳屑的形态清晰,杂质少,碳屑数量容易统计,但是方法D中利用醋酸酐与浓硫酸混合液去纤维素与染色过程会使纤维素碳化,结果显示碳屑浓度明显比用前3种方法处理的浓度高。以上实验结果表明方法C是最优的。另外,本研究在进行碳屑统计时,利用NIS-Elements Br 3.0软件的自动统计计数功能,不仅可以减小人为计数产生的误差,还可以实现碳屑的多参数统计,有利于古环境、古气候、古植被变化的多信息解译。